Termopar - Principio de funcionamiento, tipos y aplicaciones
Figura 1: Thermocouple
Un termopar es un sensor de temperatura que convierte la energía térmica en tensión eléctrica, que puede utilizarse para deducir la temperatura. La medición precisa de la temperatura en los procesos industriales garantiza el funcionamiento eficaz y la seguridad de los equipos. Este artículo explora las características, el funcionamiento, los tipos y las aplicaciones de los termopares.
Índice de contenidos
- Funcionamiento del termopar
- Características
- Material y tipos
- Aplicaciones
- Limitaciones
- Utilización de un termopozo con un termopar
- PREGUNTAS FRECUENTES
Vea aquí nuestra selección de termopozos y termómetros bimetálicos.
Funcionamiento del termopar
Un termopar es un sensor para medir la temperatura. Consiste en dos alambres de metales diferentes (Figura 2 etiquetados B y C) unidos por un extremo. Cuando se calienta la unión de los dos hilos, se genera una tensión entre los extremos libres de los hilos. La tensión generada es proporcional a la diferencia de temperatura entre la unión y los extremos libres de los hilos.
Figura 2: Funcionamiento del termopar: unión caliente (A), cable Tipo 1 (B), cable Tipo 2 (C), unión fría (D) y voltímetro (E).
Proceso de medición
Para medir la temperatura con un termopar, se coloca un extremo donde se va a medir la temperatura (la unión caliente, Figura 2 etiquetada A), y el otro se coloca a una temperatura de referencia conocida (la unión fría, Figura 2 etiquetada D). A continuación, se mide la tensión generada por el termopar (Figura 2 etiquetada E) y se puede calcular la temperatura en la unión caliente utilizando una tabla de calibración. La tensión generada por un termopar es muy pequeña, normalmente sólo unos milivoltios, por lo que a menudo se utiliza un amplificador de termopar para amplificar la pequeña señal de tensión del termopar hasta un nivel que pueda medirse fácilmente.
Figura 3: Proceso de calibración y documentación de termopares
Características
Los termopares pueden medir una amplia gama de temperaturas, desde muy frías a extremadamente calientes. Pueden responder rápidamente a los cambios de temperatura. Esto las hace muy adecuadas para aplicaciones en las que se requieren mediciones rápidas de la temperatura.
Material y tipos
Los termopares se clasifican en distintos tipos en función de los materiales utilizados en su construcción. Estos materiales determinan el rango de temperatura, la precisión y el coste del termopar.
Tabla 1: Tipos de termopares en función de sus materiales
| Tipo | Elemento termoeléctrico | Rango de temperatura (𐩑C) | Rango de temperatura (𐩑F) |
| B | Platino (6% Rodio)/Platino (30% Rodio) | De 1370 a 1700 | 2498 a 3092 |
| E | Chromel/Constantan | 0 a 870 | 32 a 1598 |
| J | Iron/Constantan | 0 a 760 | 32 a 1400 |
| K | Cromel/Alumel | 0 a 1260 | 0 a 2300 |
| N | Nicrosil/Nisil | 0 a 1260 | 0 a 2300 |
| R | Platino (13% Rodio)/Platino | 870 a 1450 | 1598 a 2642 |
| S | Platino (10% Rodio)/Platino | 980 a 1450 | 1796 a 2642 |
| T | Copper/Constantan | -200 a 350 | 328 a 662 |
Aplicaciones
Los termopares se utilizan para medir la temperatura en diversas aplicaciones debido a su amplio rango de temperatura, durabilidad y sencillez.
- Control de procesos industriales: Controlar la temperatura de procesos industriales, como reacciones químicas, hornos y estufas.
- Investigación científica: Las mediciones de alta temperatura se utilizan en la investigación física, la ingeniería aeroespacial, la ciencia de los materiales y la vigilancia del medio ambiente.
- Aplicaciones residenciales y comerciales: Aparatos y equipos de uso cotidiano, como termostatos, calentadores de agua, hornos y cocinas, sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado y calderas industriales.
- Medición general de la temperatura: Control de la temperatura de líquidos, gases y sólidos, medición de gradientes de temperatura, registro de datos de temperatura a lo largo del tiempo y control de procesos sensibles a la temperatura.
Por ejemplo, en una acería, los termopares controlan la temperatura de los hornos que calientan el acero a altas temperaturas antes de darle forma en diversos productos. El control preciso de la temperatura es crucial en este proceso para garantizar la calidad y las propiedades del acero. Los termopares se insertan en las paredes del horno o en el acero fundido para medir la temperatura. La tensión generada por los termopares se transmite a un sistema de control que ajusta el suministro de combustible al horno para mantener la temperatura deseada.
Figura 4: Termopar en un calentador
Limitaciones
Los termopares son susceptibles al ruido eléctrico, que puede interferir en su funcionamiento. Esto puede mitigarse utilizando cables apantallados y conectando a tierra el termopar adecuadamente.
Utilización de un termopozo con un termopar
Thermowell
Un termopozo es un accesorio cilíndrico diseñado para proteger los dispositivos de medición de temperatura, como un termopar, cuando miden la temperatura en entornos industriales hostiles. El termopozo es una barrera protectora que separa el termopar del líquido y lo aísla del entorno exterior. Esto ayuda a proteger el sensor de temperatura de las duras condiciones del proceso, evitar la contaminación y facilitar la sustitución del sensor.
Cuándo utilizar un termopozo
La necesidad o no de un termopozo para una aplicación concreta depende de varios factores.
- Condiciones del proceso: Si el fluido de proceso es corrosivo, erosivo o está a alta presión, se necesita un termopozo para proteger el termopar de posibles daños.
- Rango de temperaturas: Si la temperatura del proceso es alta o fluctúa rápidamente, un termopozo puede ayudar a mejorar la precisión del termopar.
- Consideraciones sobre el mantenimiento: Si es necesario sustituir el termopar con frecuencia, un termopozo puede facilitar este proceso y hacerlo menos molesto.
- El coste: Los termopares pueden ser más caros que los termopares, por lo que es importante sopesar el coste del termopar y sus ventajas.
Un termopozo puede no ser necesario si el entorno es benigno y el sensor no requiere un mantenimiento o sustitución frecuentes. Por ejemplo, un termopozo no suele ser necesario en un calentador de agua residencial, ya que el entorno es menos duro, con temperaturas moderadas y agua potable no corrosiva, lo que supone un riesgo mínimo para el termopar. Sin embargo, a menudo se necesita un termopozo en una planta de procesamiento químico debido a los productos químicos corrosivos, las altas presiones y las temperaturas que podrían dañar un termopar.
Figura 5: Thermowell
Lea nuestro artículo sobre termómetros b imetálicos para obtener más información sobre el funcionamiento y el diseño de los termómetros bimetálicos.
PREGUNTAS FRECUENTES
¿Cuál es la diferencia entre un termopozo y un termopar?
En la comparación "termopozo frente a termopar", un termopar es un sensor de temperatura, mientras que un termopozo es un manguito protector diseñado para proteger un sensor de temperatura de los flujos de fluidos, las altas presiones y los entornos corrosivos.